[发明专利]基于视觉测量的移动机器人基座-工件相对位姿确定方法

权利要求书

1.基于视觉测量的移动机器人基座-工件相对位姿确定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、建立由激光跟踪仪和视觉传感器测量信息构造的机器人基坐标系与工件坐标系间相对位姿关系，包括以下步骤：

(1)建立坐标系，步骤为：给定移动机器人某一个站位，在工件上建立工件连体坐标系{W}、在机器人基座上建立基座连体坐标系{B}、在刀具上建立刀具连体坐标系{T}和在三维视觉传感器上建立视觉传感器连体坐标系{V}；

(2)令^BA_W,L表示在移动机器人该站位处用激光跟踪仪确定的{W}相对{B}的齐次变换矩阵；

(3)在给定移动机器人站位处给定机器人一个位形，通过求解得到^BA_W,V，所述的^BA_W,V为由机器视觉测量法构造的{W}相对{B}的齐次变换矩阵；

步骤二、构建与位形相关的机器人关节变量运动的偏差模型：

^Bξ_W/B,V≈^Bξ_T/B＝ξ其中ξ＝T_ap_a+T_cp_c＝Tp

式中，^Bξ_W/B,V表示用机器视觉测量法得到{W}相对{B}的位姿^BA_W,V与其基准值间的6维位姿偏差在{B}中的度量，称为{W}相对{B}的位姿偏差旋量；^Bξ_T/B表示{T}相对{B}的位姿与其利用逆运动学模型得到的名义值间的6维位姿误差在{B}中的度量，称为{W}相对{B}的位姿误差旋量；为机器人的许动运动雅可比；为机器人的受限运动雅可比，为广义运动雅可比,表示机器人关节的运动误差向量；

代表机器人驱动关节的运动误差向量；代表机器人虚关节的运动误差向量，ζ表示当不计驱动关节回零误差时，由机器人本体中其它未建模误差源所引起{T}相对{B}的误差旋量之和，η_a表示驱动关节的回零误差向量，为机器人的驱动力雅可比；为机器人的约束力雅可比；

步骤三、根据步骤二的偏差模型，构建{T}相对于{B}的误差拟合模型，估计误差拟合模型的系数β，具体步骤为：

第一步，构建误差拟合模型，公式为：

ξ＝TZβ

式中，ξ表示机器人的位姿误差旋量，Z表示驱动关节和虚关节的运动误差拟合矩阵，β表示驱动关节和虚关节运动误差拟合的系数向量；

第二步，采用阻尼最小二乘法算法对回归模型y＝Xβ+ε中的系数向量β进行辨识，得到β的可靠估计值其中：

式中，y表示对ξ的观测所构成的向量，ξ₁,ξ₂,...,ξ_K表示在第1,2,...,K位形下对ξ的观测值，X表示回归设计矩阵或辨识矩阵，T₁,T₂,...,T_K表示在第1,2,...,K位形下对T的计算值，Z₁,Z₂,...,Z_K表示在第1,2,...,K位形下对Z的计算值；ε～N(0 σ²I_6K)表示服从零均值标准正态分布的测量噪声，I_6K表示6K×6K的单位矩阵；

步骤四、通过机器视觉一次在线视觉测量确定机器人基坐标系与工件坐标系的相对位姿，具体步骤如下：

第一步，给定工件上的一个待加工区域，在该待加工区域内安装三个靶标点，构成工件坐标系{W}，同时机器人处于参考位形，即机器人动平台参考点到达任务空间中点；

第二步，规划一个用于机器人视觉测量的{T}相对{B}的测量位形，使三维视觉传感器的中心对准安装在工件上三个靶球中心所构成三角形外接圆的圆心，测量工件上三个靶球中心在步骤一中的{V}下的坐标，并据此构造{T}相对{B}的名义齐次变换矩阵

第四步，利用机器人位置逆解模型确定在该测量位形下的名义驱动关节变量q，并计算在该名义驱动关节变量q下的运动误差拟合矩阵Z(q)和广义运动雅可比T(q)；

第五步，用q驱动机器人由参考位形运动至测量位形，保持测量位形不变，移动AGV小车，使搭载在AGV小车A/C摆角头A轴上的视觉传感器进入预定位置，并通过视觉传感器分别测量三个靶球中心的坐标，构造{W}相对{V}的齐次变换矩阵

第六步，根据第二步和第五步构造的计算在测量位形处{W}相对{B}的齐次变换矩阵^BA_W,V；

第七步，根据误差拟合模型，利用构造经同构变换和两端同右乘^BA_W,V构造Δ^BA_W，使得补偿后机器视觉测量确定的{W}相对{V}齐次变换矩阵为其中表示对^Bξ_W/B,V的估计值，表示对^BA_W,V补偿后的结果，Δ^BA_W表示对^BA_W,V补偿值。